瓜類新品種選育-瓜類種子種質(zhì)資源

《種質(zhì)資源保存》目錄CONTENTS一二三種質(zhì)概念種質(zhì)資源保存的必要性種質(zhì)資源保存類型一、種質(zhì)概念種質(zhì)(germplasm)是親代通過生殖細(xì)胞或體細(xì)胞傳遞給子代的遺傳物質(zhì)。植物種質(zhì)資源(plantgermplasmresources)即為攜帶各種不同遺傳物質(zhì)的植物總稱，又稱遺傳資源或品種資源，包括栽培，野生及人工創(chuàng)造的各種植物的品種或品系。種質(zhì)資源保存(germplasmconservation)是指在天然或人工創(chuàng)造的適宜環(huán)境條件下，貯存植物種質(zhì)，使其保持生命力與遺傳性的技術(shù)。二、種質(zhì)資源保存的必要性種質(zhì)資源或稱基因庫是選育新品種的最基本的原始材料。有人說：“人類的命運(yùn)將取決于人類理解和發(fā)覺植物種質(zhì)資源的能力?！敝参锓N質(zhì)資源的多樣性由于自然災(zāi)害和人為活動(dòng)受到嚴(yán)重影響，作物品種資源日益匱乏。三、種質(zhì)資源保存類型

種質(zhì)資源的保存方式有兩種，即原生境保存和非原生境保存。原生境保存（原地保存）：將植物的遺傳材料保存在它們的自然環(huán)境中。原生境保存的地方多是植物保護(hù)區(qū)，另一種方法為農(nóng)田種植保存。非原生境保存（異地保存）：將植物的遺傳材料保存在不是它們的自然生境的地方。非原生境保存方式有植物園、種質(zhì)圃、種子(質(zhì))庫、試管苗庫、超低溫庫等。具體保存方法有四種：種植保存、貯藏保存、離體保存和基因文庫保存。三、種質(zhì)資源保存類型野外保存植物種質(zhì)資源需要大量的土地和人力資源，成本高，且易遭受各種自然災(zāi)害的侵襲。種子庫只能保存正常型種子，對(duì)于頑拗型、脫水敏感的種子和有性繁殖困難的植物則無能為力，而且種子庫僅能保存基因，而不能保存特定的基因型材料。自1975年Henshaw和Morel首次提出離體保存(conservationinvitro)植物種質(zhì)的策略以來，該項(xiàng)技術(shù)受到植物界的極度重視。三、種質(zhì)資源保存類型《種質(zhì)資源超低溫保存的原理》目錄CONTENTS一二五細(xì)胞冰凍結(jié)冰保護(hù)性脫水理論溶液的玻璃化理論一、種質(zhì)資源超低溫保存的原理超低溫冷凍保存為什么沒有把細(xì)胞凍死？

細(xì)胞冰凍結(jié)冰保護(hù)性脫水理論溶液的玻璃化理論二、細(xì)胞冰凍結(jié)冰保護(hù)性脫水理論常溫下，細(xì)胞及其溶液處于滲透平衡的狀態(tài)，當(dāng)溫度降到冰點(diǎn)以下時(shí)，首先是細(xì)胞外溶液部分“凍結(jié)”出冰；胞外溶液的濃度升高，破壞了細(xì)胞內(nèi)外溶液的平衡，水分由胞內(nèi)通過細(xì)胞膜向外滲透，細(xì)胞收縮，細(xì)胞內(nèi)濃度提高；當(dāng)溫度不斷降低時(shí)，凍結(jié)和滲透過程不斷進(jìn)行，這種過程稱為保護(hù)性脫水。當(dāng)復(fù)溫時(shí)，溫度升高，凍結(jié)的冰不斷融化，水分由胞外向胞內(nèi)滲透，使收縮的細(xì)胞膨脹，可能恢復(fù)原狀。精確控制上述過程，能使細(xì)胞在降溫、復(fù)溫、滲透過程中不被損傷而死亡。二、溶液的玻璃化理論

溶液在降溫時(shí)，如果沒有均一晶核或晶核生長缺乏足夠的時(shí)間，就首先形成過冷溶液。繼續(xù)降溫，均一晶核形成。如果降溫速度不夠快，就形成尖銳的冰晶。降溫速度足夠快，均一晶核很少或幾乎沒有形成，或均一晶核生長缺乏足夠的時(shí)間，溶液就進(jìn)入無定型的玻璃化狀態(tài)。它是一種透明的固態(tài)，與液態(tài)相比，分子沒有發(fā)生重排，因此與晶態(tài)不同。被稱為玻璃態(tài)，此時(shí)的溫度叫玻璃化形成溫度。在玻璃化形成過程中，既沒有溶液效應(yīng)對(duì)細(xì)胞的損傷，也沒有冰晶的形成對(duì)細(xì)胞造成的機(jī)械傷害。提高超低溫冷凍保存的措施由于植物細(xì)胞含水量比動(dòng)物細(xì)胞高，冰凍保存難度大，如果直接將保存材料放入液氮中，組織和細(xì)胞由于細(xì)胞內(nèi)水分結(jié)冰，引起組織和細(xì)胞死亡，因而，超低溫保存的植物材料必須借助于冷凍防護(hù)劑(cryoprotectant)。冷凍防護(hù)劑防護(hù)機(jī)理：在水溶液中能強(qiáng)烈地結(jié)合水分子，水合作用的結(jié)果使溶液的黏稠度增加。當(dāng)溫度下降時(shí)，溶液冰點(diǎn)下降，即冰的結(jié)晶中心增長速度下降，使水的固化程度減弱。因而對(duì)于降低培養(yǎng)基冰點(diǎn)和植物組織、細(xì)胞冰點(diǎn)起重要作用。冷凍防護(hù)劑的使用提高了培養(yǎng)基滲透壓，導(dǎo)致細(xì)胞的輕微質(zhì)壁分離，相對(duì)提高了組織和細(xì)胞的抗寒力。二、溶液的玻璃化理論常用的冷凍防護(hù)劑

滲透型冷凍防護(hù)劑:

多為小分子中性物質(zhì)，在溶液中易結(jié)合水分子發(fā)生水合作用，使溶液粘性增加，弱化水的結(jié)晶過程，達(dá)到保護(hù)的目的。包括二甲亞砜（DMSO)、甘油、甘露醇、脯氨酸、乙二醇、丙二醇非滲透型冰凍保護(hù)劑:

是聚合分子物質(zhì)，能溶于水，但不能進(jìn)入細(xì)胞，它使溶液呈過冷狀態(tài)，從而起到保護(hù)作用。此類冰凍保護(hù)劑對(duì)快速、慢速冷卻均有保護(hù)效果。常見的：聚乙烯吡咯烷酮(Polyvingylpyrollidone,PVP)葡聚糖(Dextrane)聚乙二醇(Polyethyleneglycol,PEG)羥乙基淀粉(Hydroxyethylstarch,HES)二、溶液的玻璃化理論《種質(zhì)資源的重要性》目錄CONTENTS一二種質(zhì)資源的概念種質(zhì)資源工作的重要性一、種質(zhì)資源的概念種質(zhì)（Germplasm）：是決定生物遺傳性狀并將遺傳信息從親代傳遞給子代的遺傳物質(zhì)的總稱。種質(zhì)庫：又稱基因庫（Genebank），是指以種為單位的群體內(nèi)的全部遺傳物質(zhì)，它由許多個(gè)體的不同基因所組成。種質(zhì)資源（Germplasm

resource)：又稱遺傳資源（Genetic

resource)，具有種質(zhì)并能繁殖的生物體總稱。二、種質(zhì)資源工作的重要性1.種質(zhì)資源是人類賴以生存和發(fā)展的根本。2.種質(zhì)資源是育種工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。3.育種工作突破性的成就，取決于關(guān)鍵性基因資源的發(fā)掘與利用。4.種質(zhì)資源是不斷發(fā)展新作物的主要來源。5.實(shí)現(xiàn)新的育種目標(biāo)，必須擁有更多的基因資源。6.種質(zhì)資源是理論研究的重要材料。

自然界的植物有30-50萬種，它們是通過長期生物進(jìn)化的產(chǎn)物。全世界有栽培作物2300種，食用作物占900多種，經(jīng)濟(jì)1000種，飼料綠肥400種。

二、種質(zhì)資源工作的重要性《種質(zhì)資源工作內(nèi)容》目錄CONTENTS一二四種質(zhì)資源工作內(nèi)容一、種質(zhì)資源工作內(nèi)容種質(zhì)資源的搜集種質(zhì)資源的整理種質(zhì)資源的鑒定種質(zhì)資源的保存種質(zhì)資源的研究種質(zhì)資源的創(chuàng)新種質(zhì)資源的利用一、種質(zhì)資源工作內(nèi)容種質(zhì)資源的搜集1.收集主要是指直接考察收集2.征集主要是指通過通訊方式向有關(guān)方面索求種質(zhì)資源3.交換是指育種工作者彼此之間互通各自所需的種質(zhì)資源4.轉(zhuǎn)引一般是指通過第三者獲取所需要的種質(zhì)資源一、種質(zhì)資源工作內(nèi)容收集材料整理1.及時(shí)進(jìn)行歸類，將同種異名者合并，同名異種者區(qū)分開。并進(jìn)行統(tǒng)一的編號(hào)。2.進(jìn)行簡單的分類，確定材料的植物學(xué)地位、生態(tài)類型、親緣關(guān)系和生育特性。一、種質(zhì)資源工作內(nèi)容種質(zhì)資源的鑒定種質(zhì)資源鑒定和研究的主要內(nèi)容有：①特征、特性的觀察②特征、特性的鑒定一、種質(zhì)資源工作內(nèi)容種質(zhì)資源的保存1.種質(zhì)資源保存應(yīng)掌握一定的原則：①種質(zhì)資源經(jīng)過保存后，必須保持各樣本的生活力。②保持原有的遺傳變異度。③維持一定的樣本數(shù)量。一、種質(zhì)資源工作內(nèi)容2.種質(zhì)資源保存范圍①用于應(yīng)用研究和基礎(chǔ)研究的種質(zhì)。②可能滅絕的稀有種和已經(jīng)瀕危的種質(zhì)，

特別是栽培種的野生祖先。③具有經(jīng)濟(jì)利用潛力但尚未被利用的種質(zhì)。④普及教育有用的種質(zhì)。一、種質(zhì)資源工作內(nèi)容3.保存的方式（1）種植保存（2）貯藏保存（3）試管保存(離體保存）（4）基因文庫技術(shù)（5）利用保存一、種質(zhì)資源工作內(nèi)容（1）種植保存根據(jù)不同作物種子和營養(yǎng)體生活力的長短，隔一定的時(shí)間在田間種植一次。材料多時(shí)，可進(jìn)行輪換種植。一、種質(zhì)資源工作內(nèi)容

（2）貯藏保存

用控制貯藏條件（溫度和濕度）的方法保持種質(zhì)資源的生活力。溫度30-0℃，每降低5℃，種子的壽命延長1倍。種子含水量14-4%，每減少1%，壽命延長1倍。（2）貯藏保存種子貯藏在短期庫10℃50%紙袋中可保存5年。中期庫0-5℃

40-50%密閉容器內(nèi)保存20年。長期庫-10-

-15℃〈35%真空包裝中保存70年。一、種質(zhì)資源工作內(nèi)容（2）貯藏保存用試管保存植物的組織和細(xì)胞的培養(yǎng)物。用于無性繁殖作物，可用組織和細(xì)胞培養(yǎng)物。-196℃超低溫條件下保存常用的培養(yǎng)物有：愈傷組織、懸浮細(xì)胞、幼芽生長點(diǎn)、花粉、花藥、體細(xì)胞、原生質(zhì)體、幼胚等。利用試管保存的優(yōu)點(diǎn)：①所需空間?、诳梢越鉀Q常規(guī)方法不易保存的種質(zhì)資源。③繁殖時(shí)不受季節(jié)限制，繁殖速度快。④培養(yǎng)物不帶病蟲害，便于種質(zhì)交流。一、種質(zhì)資源工作內(nèi)容一、種質(zhì)資源工作內(nèi)容（4）基因文庫技術(shù)從動(dòng)、植物或微生物中提取DNA用限制性內(nèi)切酶切成片段連接到載體需要某個(gè)基因時(shí)，“鉤取”。無性繁殖，產(chǎn)生大量單拷貝基因轉(zhuǎn)移到大腸桿菌細(xì)胞種質(zhì)資源的研究種質(zhì)資源研究的主要內(nèi)容有：①研究性狀遺傳變異特點(diǎn)。②遺傳潛力、選擇可靠性、選擇效果。③與性狀相關(guān)基因的研究。④基因型與環(huán)境互作效應(yīng)。一、種質(zhì)資源工作內(nèi)容一、種質(zhì)資源工作內(nèi)容種質(zhì)資源的創(chuàng)新1、育種過程中產(chǎn)生的新品種、新品系2、自然突變和天然雜交產(chǎn)生的植物新類型和新物種3、通過遠(yuǎn)緣雜交、細(xì)胞工程、染色體工程、基因工程、誘變育種等創(chuàng)新種質(zhì)一、種質(zhì)資源工作內(nèi)容種質(zhì)資源的利用1.直接利用2.間接利用3.潛在利用《種質(zhì)資源離體保存》目錄CONTENTS一二三四種質(zhì)資源的離體保存離體保存方法種質(zhì)資源超低溫保存的原理超低溫保存的基本程序一、種質(zhì)資源的離體保存種質(zhì)資源的離體保存(germplasmconservationinvitro)：是指對(duì)離體培養(yǎng)的小植株、器官、組織、細(xì)胞或原生質(zhì)體等材料，采用限制、延緩或停止其生長的處理措施使之保存，在需要時(shí)可重新恢復(fù)其生長，并再生植株的方法。離體保存的意義可使一些無性繁殖作物種質(zhì)資源低溫長期保存，避免資源的丟失。節(jié)省土地和勞力，方法簡單，花費(fèi)少并能在保存中脫毒。一旦利用可快速繁殖；也利于種質(zhì)交換。二、離體保存方法離體保存方法：低溫保存超低溫保存生長抑制劑保存二、離體保存方法（一）低溫保存一種緩慢生長保存方法，是通過控制培養(yǎng)溫度（非冰凍低溫）來限制培養(yǎng)物各種生長因子的作用，使培養(yǎng)物生長減少到最低限度。低溫保存的植物離體材料類型：試管苗、愈傷組織、花粉、莖尖等。（一）低溫保存低溫保存的基本特征是保存材料的定期繼代培養(yǎng)，不斷繁殖更新；基本措施是控制保存材料所處的溫度和光照。延緩保存材料生長速度的另一項(xiàng)措施是改變培養(yǎng)基的成分，在培養(yǎng)基中添加生長延緩劑或生長抑制劑，如ABA(脫落酸)、CCC(矮壯素)、PP333(多效唑)、B9(比久)、MH(青鮮素)等。種質(zhì)庫要定期檢查，保持清潔，及時(shí)清除污染材料，并注意積累資料。二、離體保存方法（二）超低溫保存

1.種質(zhì)資源超低溫保存的發(fā)展概況

20世紀(jì)70年，Nag和Street首先證明胡蘿卜懸浮培養(yǎng)細(xì)胞在液氮中保存后能恢復(fù)生長。植物超低溫種質(zhì)保存(cryopreservation)是指將植物的離體材料包括莖尖（芽）、分生組織、胚胎、花粉、愈傷組織、懸浮細(xì)胞、原生質(zhì)體等，經(jīng)過一定的方法處理后在超低溫（-196℃液氮）條件下進(jìn)行保存的方法。其中，莖尖、胚、幼苗等材料遺傳性穩(wěn)定、再生力強(qiáng)，對(duì)冷凍和解凍過程中所產(chǎn)生的斜坡忍受能力強(qiáng)二、離體保存方法極端低溫溫度下，活細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)代謝和生長活動(dòng)幾乎完全停止。因此，細(xì)胞、組織和器官在超低溫保存過程中不會(huì)引起遺傳性狀的改變，也不會(huì)丟失形態(tài)發(fā)生的潛能。同時(shí)，由于超低溫條件下，生物的代謝和衰老過程大大減慢，甚至完全停止，因此可以長期保存植物材料。二、離體保存方法《瓜類種子種質(zhì)資源》目錄CONTENTS一二三四五種質(zhì)的概念種質(zhì)資源的類別種質(zhì)資源的搜集種質(zhì)資源的整理種質(zhì)資源的保存和應(yīng)用1、種質(zhì)的概念種質(zhì)是決定生物遺傳性狀，并將遺傳信息從親代傳遞給子代的遺傳物質(zhì)。種質(zhì)資源包括植物的個(gè)體、器官、組織、細(xì)胞甚至基因。植物細(xì)胞

DNA西瓜果實(shí)種質(zhì)資源：具有種質(zhì)并能繁殖的生物體。種質(zhì)資源：具有種質(zhì)并能繁殖的生物體。2、種質(zhì)資源的類別按栽培學(xué)分類按來源分類種：是植物分類學(xué)上的基本單位。變種：同種植物在某些主要形態(tài)上存在著差異。品種群：是由相似生態(tài)型或相似農(nóng)業(yè)生物學(xué)特性的許多品種歸類而成。品種：品種是栽培作物的基本單位，是育種的主要對(duì)象。品系：品系在實(shí)際應(yīng)用中有兩種含義。一種是指品種內(nèi)的不同類型；另一種是在育種過程中，表現(xiàn)較好，但還沒有成為品種以前的變異類型。群體品種：指某些主要通過實(shí)生繁殖的園藝植物品種，個(gè)體彼此之間，在主要性狀上能保持一定的相似性，但次要性狀卻有較多差異。按栽培學(xué)分類按來源分類2、種質(zhì)資源的類別按栽培學(xué)分類按來源分類本地種質(zhì)資源在當(dāng)?shù)刈匀粭l件和耕作制度下,經(jīng)過長期培育選擇得到的地方品種和當(dāng)前推廣的改良品種。特點(diǎn)：對(duì)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件、栽培條件適應(yīng)性好，當(dāng)?shù)厝讼M(fèi)容易接受。優(yōu)良品種可直接在生產(chǎn)上利用。2、種質(zhì)資源的類別按栽培學(xué)分類按